CN113460273A - 一种可变结构的潜器收放装置及其收放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变结构的潜器收放装置，包括电气控制系统和收放机构系统两部分，其中，电气控制系统包含主控模块、与主控模块相连的三个电气驱动模块、通讯模块和供电管理模块；收放机构系统包含装置移动机构、支架机构和潜器承接机构。支架机构包括并列的两组可伸缩的门型支架，每组可伸缩的门型支架包括位于两侧的固定支架和架设在两侧固定支架上的伸缩机构，伸缩机构在第一电气驱动模块的驱动下可以改变门形支架的宽度；潜器承接机构包括电动绞盘、绞绳以及承重网，承重网两侧分别连接有若干吊绳，两侧的吊绳通过吊环和电动绞盘分别连接到两条顶部横梁；本发明还给出潜器布放方法和回收方法。

Description

一种可变结构的潜器收放装置及其收放方法

技术领域

本发明涉及水下航行器的水面布放与回收领域，尤其涉及适用于鱼雷状潜器的回收和布放装置。

背景技术

潜器可以长时间远距离在深海作业，主要的任务主要包括海底勘探、海底监测、执行水下任务等。回收与布放是潜器的作业流程中的重要环节，涉及到水下无人潜航器的可用性与适用性。通常，潜器的布放回收基于母船的吊车或A形架对其直接进行吊装。由于潜器通常在远海进行作业，远海海况比较复杂且风浪较大，潜器在水面随海浪剧烈摆动，导致回收过程困难、效率低下。现有的收放装置结构、功能相对简单，往往需要人工辅助操作，在海况条件恶劣的情况下对于水面操作人员也够成较大危险。

除此之外，随着潜器的结构越来越精巧，其携带精密仪器种类越来越多，在布放与回收过程中受损的风险也更高，尤其是涉及到多关节的潜器。现有专利如“一种结构可调的潜器吊点外挂式布放回收装置及方法”(专利号：CN106744258A)采用笼式结构的回收装置，回收装置结构固定且缺乏运动调节机构，若潜器受到风浪影响而发生不规则运动，容易与回收装置发生碰撞，从而对多关节潜器表面的传感器造成损伤，损坏潜器。如“一种潜器收放装置”专利(专利号：CN110001895B)由三组抓臂构成，在静水时可以满足潜器的布放回收，但在复杂海况下，操作难度较高，不易保证潜器安全高效的回收布放。如“一种水下滑翔机及无人潜航器的收放装置的制作方法”(专利号：CN109050839A)采用倾斜轨道进行潜器收放，可以在潜器的布放过程中减小风浪的影响，但由于轨道角度和结构缺乏灵活性，对于潜器的回收较为困难。

大多数的潜器都是刚性结构，通过尾部的推进器实现前进和后退，无法做横向移动。因此在回收的时候，很难快速准确地驶入机构。如果采用人工辅助回收，就会存在较大的人员安全隐患。特别是当海上风浪较大的时候，回收过程很艰难、耗时。由此可见，现有的布放装置大多不能满足复杂海况下的潜器收放需要，无法避免收放过程中发生的碰撞和剧烈摆动，难以保证收放效率和安全性，因此，需要更为先进和可靠的收放装置和控制方法。

发明内容

为了克服现有的潜器收放装置在技术方面的不足，本发明提供了一种可变结构的收放装置。本发明的收放装置可以解决潜器在复杂海况下的回收布放，在潜器回收布放过程中，根据浪高、风速、温度、湿度等环境因素，收放机构可相应调整，结构灵活。收放装置能够在与潜器运动垂直的方向移动，因而便于潜器驶入或驶离收放装置，运行承重网给予潜器多个方向的保护，吊装过程不会摇摆，不会破毁潜器表面传感器，安全性和稳定性高。本发明所采用的技术方案如下：

一种可变结构的潜器收放装置，包括电气控制系统和收放机构系统两部分，其中，电气控制系统包含主控模块、与主控模块相连的三个电气驱动模块、通讯模块和供电管理模块；收放机构系统包含装置移动机构、支架机构和潜器承接机构。其特征在于，

支架机构包括并列的两组可伸缩的门型支架，每组可伸缩的门型支架包括位于两侧的固定支架和架设在两侧固定支架上的伸缩机构，伸缩机构在第一电气驱动模块的驱动下可以改变门形支架的宽度；两组可伸缩的门型支架之间通过设置在固定支架上部的两个顶部横梁相连；

潜器承接机构包括电动绞盘、绞绳以及承重网，承重网两侧分别连接有若干吊绳，两侧的吊绳通过吊环和电动绞盘分别连接到两条顶部横梁上；第二电气驱动模块用于驱动电动绞盘对吊绳的收放，从而控制承重网的收放；

装置移动机构包括浮力基座和推进器，在每个固定支架下部连接有浮力基座，在分属于两个支架机构同侧的浮力基座上设置有推进器，第三电气驱动模块用于驱动推进器。

进一步地，在顶部横梁上设置有吊钩。

进一步地，每个浮力基座下方连接有轮子。

进一步地，所述的潜器收放装置还包括遥操作系统，其设置在工作母船上，用于与主控模块建立双向无线通信连接。

上述装置实现的潜器布放方法，包括下列步骤：

1)将潜器安放于收放装置的承重网上，通过母船上的吊机将潜器收放装置放入水中；

2)使门型支架的伸缩机构展开，并控制电动绞盘将绞绳放长，直至承重网进入水中，潜器可自由浮在水面并且与承重网不发生接触；

3)控制潜器驶离潜器收放装置所在水面区域，然后以无线遥控方式发送控制指令，控制伸缩机构收起，并控制电动绞盘使绞绳收起直至承重网离开水面；

4)通过吊机江潜器收放装置吊起并放回母船的甲板。

上述装置实现的潜器回收方式，包括下列步骤：

1)当潜器驶到母船周边时，通过母船上的吊机将潜器收放装置放入水中，并使伸缩机构的收放方向与潜器行驶方向垂直；

2)以无线遥控方式发送控制指令，控制伸缩机构伸开，并控制电动绞盘使绞绳放下直至承重网下降至水面以下；

3)以无线遥控方式发送控制指令，通过控制推进器，使收放装置在水面上运动，直至门型支架朝向潜器的行驶方向，从而使潜器驶入门型支架之间；

4)以无线遥控方式发送控制指令，通过主控模块控制电动绞盘绞绳收起，并通过主控模块控制门型支架的伸缩机构收起，直至承重网能够将潜器托起并离开水面；

5)通过吊机将潜器收放装置吊起并放回母船的甲板，并将潜器从承重网上取下。

本发明的方案在潜器回收布放过程中，根据浪高、风速、温度、湿度等环境因素，收放机构可相应调整，结构灵活。收放装置能够在与潜器运动垂直的方向移动，因而便于潜器驶入或驶离收放装置。承重网给予潜器多个方向的保护，吊装过程不会摇摆，不会破毁潜器表面传感器，安全性和稳定性高。

附图说明

图1为：实施例1中一种可变结构的收放装置的主视图

图2为：实施例1中一种可变结构的收放装置的左视图

图3为：实施例1中一种可变结构的收放装置的俯视图

图4为：门型支架内部整体结构示意图

图5为：实施例1中控制系统中各模块的工作关系结构框图

图6为：实施例2中一种可变结构的收放装置的主视图

图7为：实施例2中母船A型架吊机示意图

图8为：实施例2中吊机吊装收放机构侧视图

图9位：实施例2中吊机吊装收放机构主视图

图10为：实施例2中控制系统中各模块的工作关系结构框图

附图说明如下：

1门型支架、2吊环、3伸缩机构、4伺服电机、5绞盘、6绞绳、7轮子、8承重网、9推进器、10浮力基座、11固定支架、12潜器、13齿轮、14齿条、15A型架、16水平电机、17水平轨道、18母船、19顶部横梁

具体实施方式

下面结合附图及具体实施过程对本发明作进一步具体详细描述。

实施例1：

如图1所示一种可变结构的收放装置，用于复杂海况回收和布放各类潜器12由电气控制系统和收放机构系统两部分组成。其中，电气控制系统包含主控模块、电气驱动模块、通讯模块和供电管理模块；收放机构系统包含装置移动装备、伸缩装备和潜器承接装备。移动装备由浮力基座1及推进器9构成；伸缩装备由门型支架1、伸缩机构3、伺服电机及固定支架6构成；潜器承接装备由吊环2、绞盘5、绞绳6、轮子7及承重网8构成。门型支架1上部由伸缩机构3连接，通过伸缩机构3可以改变门形支架1的宽度，两侧支柱上安装有绞盘5，在伺服电机的带动下，通过收缩绞绳6来提起承重网8。门型支架1上装设2条顶部横梁19，分别位于门型支架的前部和后部。每条顶部横梁19上有2只吊钩，分为位于顶部横梁19的左部和右部，用于从母船上将本收放装置从水面吊起或放到水面。门型支架下方装设固定支架，起到支撑作用，并连接四个浮力基座。伸缩机构3采用“一种移动式可折叠搬运装置”专利(专利号：CN109050633B)中所用结构，在门型支架1内部装设齿轮13和齿条14，伺服电机的输出轴与齿轮轴连接，齿轮轴上安装有齿轮13，齿条14和齿轮13啮合，从而对伸缩机构3进行传动。门型支架1下方固定连接四个浮力基座1。主控模块与遥控装置无线连接，实时接收来自母船上的信息，同时电气驱动单元的输入端及供电管理系统的控制端相连，供电管理系统的输出端连接电气驱动单元各处伺服电机。电气驱动单元由设置在收放机构各处的伺服电机构成，在主控模块的作用下实施运动。

绞盘5由绞盘伺服电机4驱动，在主控模块的作用下，实现收缩和扩张运动。绞盘、绞绳和承重网，通过三者之间相互配和，回收布放潜器。浮力基座1由四个浮力块和两台水力推进器9构成，浮力块为整个收放装置提供浮力，由软性防碰撞材料制成，在收放过程中即使触碰到潜器，也不会对潜器造成损伤，浮力块分布在收放机构的底部四角，上方固定门型支架1。两台水力推进器9安装在收放机构左侧两个浮力块上，在主控模块和遥控装置的控制下，实现收放装置在水面的移动。水力推进器9主要由伺服电机和螺旋桨叶构成，伺服电机与供电管理系统的输出端连接，利用两台伺服电机的转差实现装置的转向，从而实现在水面的移动。

如图5所示的是潜器回收和布放装置中各部件的工作关系结构框，收放装置还包括位于母船的遥操作系统，通过通信模块与潜器收放装置无线连接通信，遥操作系统用以实现集中控制和信息分析，具有信息回传和工作参数设定功能，并具有查看运行状态的功能。

遥操作系统设置在工作母船上，由工作人员操纵，与主控模块建立双向无线通信连接，发送控制指令信号，同时接受收放装置传回的信息。主控模块根据遥操作系统控制指令，控制伺服电机及推进器的启动停止，同时发送收放装置信息给母船。此外，主控模块分别与电气驱动单元的输入端及供电管理系统的控制端相连，控制整个装置运行。

供电管理系统主要由大容量蓄电池、电缆、控制电路等组成。供电管理系统的控制电路受主控模块控制。蓄电池的输出端与电气驱动单元各处的伺服电机相连接，可反复进行充放电，为整个装置提供电能。

电气驱动单元由设置在收放机构各处的伺服电机及推进器构成，各伺服电机与供电管理系统的输出端连接，在主控模块的作用下实施运动。收放装置的水面移动和各部件动作均需电气驱动单元提供动力。

遥操作系统与主控模块双向无线连接，发送指令并接受信息。供电管理系统与信主控模块双向连接，接受主控模块的指令，同时反馈剩余电量的信息，在主控模块的作用下，将电能传输给伺服电机和压力传感器。电气驱动单元在主控模块的作用下启动和停止。

本收放装置可以回收不同尺寸的潜器，承重网8相应的进行拆换，根据潜器的体积和重量，选择相应尺寸的承重网从而使收放装置具有更高的收放灵活性和通用性。

本收放装置可以较好地解决多关节潜器布放和回收的难题。多关节潜器关节连接处材质不同，安装有水下探测设备，多数情况下不受力，常规的滑道式布放回收不能满足要求。本收放装置可以应对三节及以下的潜器回收布放，根据潜器的尺寸，调整绞盘5之间的距离，从而完成对多关节潜器的布放和回收。

在本实施例中，吊机固定于母船18的A形架15，不具备移动能力。具体的针对潜器回收和布放过程,包括以下步骤：

布放过程：

1)在母船18甲板上工作人员把潜器12固定到该装置上，通过调节绞盘5来控制绞绳6的长度，使潜器在承重网8中处于合理的位置，通过母船18A形15架上的吊机将本收放装置连同潜器12吊装在水面上。

2)工作人员操纵遥操作系统将收放装置驶向预定的水域进行布放。

3)遥操作系统发送布放指令给主控模块，在主控模块的作用下，伸缩机构3动作，向两侧打开，整个潜器收放装置的宽度增加。绞盘伺服电机4动作，绞绳长6度增加，所有绞绳6同步动作，承重网8缓缓下降，直到没入水中，潜器12漂浮于水面。承重网8在水中继续向下降落，与水面潜器12流出一定的间距。

4)遥操作系统发送返回指令给主控模块，操纵收放装置缓慢航行，离开潜器12布放水面，驶向母船18，通过推进器调整收放装置的位置，并采用母船A形架上的吊机把收放装置吊装到甲板上，完成布放过程。

回收过程：

1)潜器收放装置通过A形架15上的吊机，吊装到母船18附近的水面，操纵遥操作系统，将收放装置驶向潜器12附近水域。

2)遥操作系统发送回收指令给主控模块，在主控模块的作用下，伸缩机构3动作，向两侧打开，整个潜器收放装置的宽度增加。绞盘伺服电机4动作，绞绳长6度增加，所有绞绳6同步动作，承重网8缓缓下降，直到没入水中，与水面相隔一定的距离。

3)在主控模块的作用下，水力推进器的伺服电机动作，缓慢驶向潜器所在水域，直到承重网位于潜器的正下方，底部承重网8缓慢收缩从下方兜住潜器12，同时绞盘伺服电机4动作，承重网缓缓上升，潜器离开水面。

4)遥控装置发送返回指令给主控模块，操纵收放装置行驶到母船附近，通过推进器调整收放装置的位置，并采用母船A形架上的吊机把收放装置吊装到甲板上，完成回收过程。

实施例2：

如图6所示一种可变结构的收放装置，实施例2的电气控制系统和收放机构系统中的伸缩装备和承接装备与实施例1完全一样，同时浮力基座1的位置与数量也与实施例1保持一致，但不装设推进器9。

如图7所示母船A型架吊机示意图，A型15架上装设吊机，吊机与A型架15连接处设有水平电机16。吊机可以通过水平电机16在水平轨道17上进行位移，调整自身位置以配合潜水器收放。

如图8及图9所示吊机吊装收放机构示意图，采用发明专利《一种船基水下机器人投放与回收机械》CN105644744A中A型架结构。当吊机吊装收放机构的过程中，伸缩机构4和承重网8都呈收起状态，以保证在移动的过程中能够稳定兜住潜器12。

如图10所示的是潜器回收和布放装置中各部件的工作关系结构框，与案例1相比，位于母船的遥操作系统还需要控制水平电机，电气驱动单元仅仅由设置在收放机构各处的伺服电机构成。其余部分及功能则完全相同。

在本实施例中，收放装置由于不装设推进器9，不具备移动能力。具体的针对潜器回收和布放过程,包括以下步骤：

布放过程：

1)在母船18甲板上工作人员把潜器12固定到该装置上，通过调节绞盘5来控制绞绳6的长度，使潜器在承重网8中处于合理的位置，通过A形架15上的吊机将本收放装置连同潜器12吊装在水面上。

2)工作人员操纵遥操作系统调整A型架角度和吊机位置，将收放装置放置于预定水域。

3)遥操作系统发送布放指令给主控模块，在主控模块的作用下，伸缩机构3动作，向两侧打开，整个潜器收放装置的宽度增加。绞盘伺服电机4动作，绞绳长6度增加，所有绞绳6同步动作，承重网8缓缓下降，直到没入水中，潜器12漂浮于水面。承重网8在水中继续向下降落，与水面潜器流出一定的间距。

4)遥操作系统操纵遥操作系统调整A型架角度和吊机位置，使其满足吊装收放装置的位置要求，并把收放装置吊装到甲板上，完成布放过程。

回收过程：

1)工作人员操纵遥操作系统调整A型架角度和吊机位置，将收放装置放置于潜器12所在水域，并使其满足回收潜器的位置要求。

2)遥操作系统发送回收指令给主控模块，在主控模块的作用下，伸缩机构3动作，向两侧打开，整个潜器收放装置的宽度增加。绞盘伺服电机4动作，绞绳长6度增加，所有绞绳6同步动作，承重网8缓缓下降，直到承重网位于潜器的正下方，底部承重网8缓慢收缩从下方兜住潜器12，同时绞盘伺服电机4动作，承重网8缓缓上升，潜器12离开水面。

3)遥操作系统操纵遥操作系统调整A型架角度和吊机位置，使其满足吊装回收装置的位置要求，并把收放装置吊装到甲板上，完成回收过程。

Claims (6)

1.一种可变结构的潜器收放装置，包括电气控制系统和收放机构系统两部分，其中，电气控制系统包含主控模块、与主控模块相连的三个电气驱动模块、通讯模块和供电管理模块；收放机构系统包含装置移动机构、支架机构和潜器承接机构。其特征在于，

支架机构包括并列的两组可伸缩的门型支架，每组可伸缩的门型支架包括位于两侧的固定支架和架设在两侧固定支架上的伸缩机构，伸缩机构在第一电气驱动模块的驱动下可以改变门形支架的宽度；两组可伸缩的门型支架之间通过设置在固定支架上部的两个顶部横梁相连；

潜器承接机构包括电动绞盘、绞绳以及承重网，承重网两侧分别连接有若干吊绳，两侧的吊绳通过吊环和电动绞盘分别连接到两条顶部横梁上；第二电气驱动模块用于驱动电动绞盘对吊绳的收放，从而控制承重网的收放；

装置移动机构包括浮力基座和推进器，在每个固定支架下部连接有浮力基座，在分属于两个支架机构同侧的浮力基座上设置有推进器，第三电气驱动模块用于驱动推进器。

2.根据权利要求1所述的潜器收放装置，其特征在于，在顶部横梁上设置有吊钩。

3.根据权利要求1所述的潜器收放装置，其特征在于，每个浮力基座下方连接有轮子。

4.根据权利要求1所述的潜器收放装置，其特征在于，所述的潜器收放装置还包括遥操作系统，其设置在工作母船上，用于与主控模块建立双向无线通信连接。

5.权利要求1-3任意一项潜器收放装置实现的潜器布放方法，包括下列步骤：

1)将潜器安放于收放装置的承重网上，通过母船上的吊机将潜器收放装置放入水中；

2)使门型支架的伸缩机构展开，并控制电动绞盘将绞绳放长，直至承重网进入水中，潜器可自由浮在水面并且与承重网不发生接触；

3)控制潜器驶离潜器收放装置所在水面区域，然后以无线遥控方式发送控制指令，控制伸缩机构收起，并控制电动绞盘使绞绳收起直至承重网离开水面；

4)通过吊机江潜器收放装置吊起并放回母船的甲板。

6.权利要求1-3任意一项潜器收放装置实现的潜器回收方法，包括下列步骤：

1)当潜器驶到母船周边时，通过母船上的吊机将潜器收放装置放入水中，并使伸缩机构的收放方向与潜器行驶方向垂直；

2)以无线遥控方式发送控制指令，控制伸缩机构伸开，并控制电动绞盘使绞绳放下直至承重网下降至水面以下；

3)以无线遥控方式发送控制指令，通过控制推进器，使收放装置在水面上运动，直至门型支架朝向潜器的行驶方向，从而使潜器驶入门型支架之间；

4)以无线遥控方式发送控制指令，通过主控模块控制电动绞盘绞绳收起，并通过主控模块控制门型支架的伸缩机构收起，直至承重网能够将潜器托起并离开水面；

5)通过吊机将潜器收放装置吊起并放回母船的甲板，并将潜器从承重网上取下。

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